引言

在機(jī)動(dòng)車行駛過程中，其傳動(dòng)系統(tǒng)零部件承受的載荷的大小和性質(zhì)受諸多因素的影響，例如車輪與路面間的相互作用，司機(jī)對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的操作力和操縱方式，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的工作工況等等。傳動(dòng)系的零件與發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分、車輪以及整車構(gòu)成一個(gè)多質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)在特定條件下會(huì)產(chǎn)生共振，從而降低傳動(dòng)系的壽命。上述因素均使傳動(dòng)系零部件承受動(dòng)載荷；而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，傳動(dòng)系零部件則承受靜載荷。

1傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

傳動(dòng)系中的扭轉(zhuǎn)共振將加大傳動(dòng)系零件如軸、軸承、齒輪、殼體等的載荷，并引起附加振動(dòng)，提高噪聲水平。在機(jī)動(dòng)車行駛過程中要想消除共振，可以采用選擇傳動(dòng)系的質(zhì)量和扭轉(zhuǎn)剛度匹配的方法，或加裝扭轉(zhuǎn)減振器以減小扭振的振幅。

傳動(dòng)系的前端與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，末端與驅(qū)動(dòng)輪相接并通過彈性輪胎與整車的平移質(zhì)量聯(lián)系起來。圖1所示是機(jī)動(dòng)車傳動(dòng)系的真實(shí)系統(tǒng)和當(dāng)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，圖中的上半部分為傳動(dòng)系的真實(shí)系統(tǒng)，它是一個(gè)多質(zhì)量彈性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)。將此系統(tǒng)簡(jiǎn)化成圖1的下半部分所示為傳動(dòng)系的當(dāng)量系統(tǒng)，事實(shí)上，它也是用簡(jiǎn)圖表示的傳動(dòng)系無阻尼自由扭振的力學(xué)模型。

圖1  機(jī)動(dòng)車傳動(dòng)系的真實(shí)系統(tǒng)和當(dāng)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量的頻率與傳動(dòng)系的固有頻率一致時(shí),傳動(dòng)系將會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振。引起傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)共振的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ne(r/min)為：

式中，飽是傳動(dòng)系固有頻率，單位為rad/s;k是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量的階數(shù)。

由于最低階的主諧量是引起傳動(dòng)系扭振和動(dòng)載荷的最重要的激振轉(zhuǎn)矩簡(jiǎn)諧分量，所以這里發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量的階數(shù)

可取最低主階數(shù)，最低主階數(shù)由下式確定：

系統(tǒng)中丄、Jp的彈性軸的扭轉(zhuǎn)角；

式中,M是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)；s為發(fā)動(dòng)機(jī)沖程數(shù)，四沖程的取4,二沖程的取2。

由上面的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式亦可換算得到傳動(dòng)系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振時(shí)的車速va(km/h)為:

式中，4為車輪滾動(dòng)半徑，單位為m；is是變速器的傳動(dòng)比；是主減速比。

在傳動(dòng)系設(shè)計(jì)時(shí)，由上式?jīng)Q定的共振車速應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)動(dòng)車常用的車速范圍。

傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振會(huì)使其零件的振幅、載荷和應(yīng)力顯著增大并產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，嚴(yán)重影響傳動(dòng)系及其零部件使用壽命。在共振狀態(tài)下，傳動(dòng)系中甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)矩，致使相嚙合的齒輪輪齒間產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊。為消除或減緩傳動(dòng)系的扭振,降低其共振載荷及噪聲，在離合器中常設(shè)有扭轉(zhuǎn)減振器。利用扭轉(zhuǎn)減振器的彈性元件來降低離合器與變速器間的扭轉(zhuǎn)剛度、降低傳動(dòng)系三節(jié)點(diǎn)振型的固有頻率，以便將較為嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)車速移出常用車速范圍。

2傳動(dòng)系最大轉(zhuǎn)矩的確定

傳動(dòng)系的最大動(dòng)載荷通常產(chǎn)生于猛接離合器起步時(shí)和緊急制動(dòng)時(shí)。離合器和制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)在很大程度上是由最大動(dòng)載荷所決定的。

在車輛制動(dòng)時(shí)不分離離合器的情況下來求傳動(dòng)系的最大動(dòng)載荷，在這種工況下，傳動(dòng)系可簡(jiǎn)化為圖2所示的當(dāng)量系統(tǒng)。

圖2  傳動(dòng)系在最大動(dòng)載荷工況下的當(dāng)量系統(tǒng)

在緊急制動(dòng)又不分離離合器的情況下，傳動(dòng)系的最大扭轉(zhuǎn)載荷為：

式中，Cd 為當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度，1/Cd = 1/C1 + 1/C2 +1/C3, C1、C2、C3 參見圖 1。

系統(tǒng)中 J1、Jp 的彈性軸的扭轉(zhuǎn)角 ；

3傳動(dòng)系的靜強(qiáng)度計(jì)算

3.1按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩T：max

取發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩作為傳動(dòng)系的第一種計(jì)算載荷為:

式中，Tj為傳動(dòng)系軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為N-m；為傳動(dòng)系在所計(jì)算零件之前的總傳動(dòng)比；T為傳動(dòng)系在所計(jì)算零件之前的傳動(dòng)效率。上式可用于半軸之前的傳動(dòng)系零件。其半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：

式中，S為差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)于圓錐行星齒輪差速器,可取己=0.6。

這種計(jì)算載荷常用于傳動(dòng)系零件的靜強(qiáng)度校核計(jì)算和同類車型傳動(dòng)系零件的靜強(qiáng)度比較計(jì)算。按這種工況計(jì)算時(shí),安全系數(shù)通常取?=2.0?3.0。

3.2按驅(qū)動(dòng)車輪與路面的最大附著力矩T，max

取驅(qū)動(dòng)車輪與路面的最大附著力矩T,max作為傳動(dòng)系的第二種計(jì)算載荷：

式中，G2為驅(qū)動(dòng)橋給水平路面的最大負(fù)荷，單位為N；max為輪胎與路面的最大附著系數(shù)，通常取Pmax=0.8；為輪胎的滾動(dòng)半徑，單位為m；為傳動(dòng)系在所計(jì)算零件之前的總傳動(dòng)比；T為傳動(dòng)系在所計(jì)算零件之前的傳動(dòng)效率。

計(jì)算半軸時(shí)應(yīng)引進(jìn)差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)S，即半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：

按這種工況計(jì)算時(shí)，安全系數(shù)通常取”=2.0?3.0。這種計(jì)算載荷適用于具有大的比功率值，且其最低檔的計(jì)算牽引力要大于驅(qū)動(dòng)車輪附著力的機(jī)動(dòng)車。

3.3按最大動(dòng)載荷

取汽車行駛工況轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的最大動(dòng)載荷作為傳動(dòng)系的第三種計(jì)算載荷。這時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：

式中，^d為動(dòng)載荷系數(shù)，為變速器第一軸上產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，一般通過對(duì)樣車的試驗(yàn)求得。取值范圍為：轎車kd=1.5?2.0,貨車kd=2.0?2.5,越野汽車kd=2.5?3.0。安全系數(shù)可取n=1.25?1.5。

4 結(jié) 語

本文的機(jī)動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)零部件載荷計(jì)算方法適用于所有的機(jī)動(dòng)車輛。整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜的過程，要考慮的因素很多，需根據(jù)約束條件把所有參數(shù)代入程序，不斷進(jìn)行計(jì)算、調(diào)整和試驗(yàn)驗(yàn)證，并與整車系統(tǒng)進(jìn)行匹配，方可得到一個(gè)合理的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

20211023_61742716f1e62__機(jī)動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)零部件載荷的設(shè)計(jì)計(jì)算探討